以太网远程I/O 模块在变频调速系统中的应用

杜文蛟，高生存，车 壮

（营口市农业工程学校，辽宁 营口 115009）

工业以太网主要是应用在工业控制领域的以太网技术，在技术上和商用以太网兼容，但在产品应用上有差异[1]。工业以太网以其高速、大容量数据交换、网络搭建简便、 包容性好等特点， 在工控领域获得了广泛应用。基于以太网的现场总线构建分布式变频调速，易于实现远程操控及升级控制系统[2]。 因此，分布式变频调速解决了原有控制系统操控台与起重机构架之间接线过多、使用维护不便的问题。针对某港口门座式起重机变频调速系统培训装置， 根据分布式变频调速控制要求， 将以太网远程I/O 模块应用于分布式变频调速系统，给出该装置的硬件和软件组态，提出运用以太网远程I/O 模块实现变频调速的解决方案。

1 硬件组态与安装

本系统主要由控制主站（PLC）、远程I/O 从站、远程监控主机（MCGS）、调试计算机构成，通过以太网交换机连接成网络，系统操控部分与起重机机械架构部分只需连接1 条网线，因此便于构建分布式远程监控与操作系统模拟自动化码头运作模式。 系统中各设备同时运作，互不干扰，方便运行调试。 同时，由于操作台距离起重机机械部分较远，故在起重机构架上增设视频监控系统便可通过其操控台对现场操作状态进行监视。 其中，控制主站、监控主机（MCGS）、现场视频监控、 起重机操作机构调速主令开关位于操作台，远程I/O 模块、变频器、电机等安装在起重机构架上[3]。

1.1 主站

主站组态如图1 所示。

图1 主站组态Figure 1 Main Station configuration

主站以支持以太网的台达工业DVP-SE 系列薄型 PLC 主机为核心， 扩展 16 点开关量输入模块16SM11N 用于连接门座式起重机的大车、 起升、变幅、 回转机构的调速主令开关，8 点开关量输出模块08SN11TS 用于连接工作指示等，控制主站（PLC）将电机转向、速度信息传输到以太网远程I/O 通信模块RTU_EN01， 再由从站I/O 模块的输入输出单元驱动变频器完成调速操作。

1.2 从站

从站组态如图2 所示。

图2 从站组态Figure 2 Slave station configuration

从站以支持以太网的台达远程I/O 通信模块RTU_EN01 为核心， 扩展 8 点开关量输入模块08SM11T 用于连接门座式起重机的大车、 起升、变幅、 回转机构的限位开关，8 点开关量输出模块08SN11R 连接到变频器转向控制端 （S1/S2），4 通道D/A 转换器04DA 连接到大车、起升、回转机构3 台变频器频率给定（VI1/VI2/VI3）[3]西林电气 SD90 变频器以外部给定转向（Y0/Y1/Y2）和频率方式运行。 变幅机构采用电动推杆驱动。

2 软件组态

2.1 通信管理COMMGR

为使调试计算机与网络上的DVP-SE 主机等设备连接起来， 需要使用台达提供的COMMGR 通信系统管理器， 由用户在上面建立一个Ethernet 类型的Driver， 网络各设备地址设置完成并连接，在COMMGR 搜索窗口可看到网络挂接设备。 本系统设置如下：SE 主机采用默认IP 地址192.168.1.5，调试计算机 IP 地址设置为 192.168.1.1， 监控主机 IP 地址192.168.1.100， 远程 I/O 通信模块 RTU_EN01 默认 IP地址为192.168.1.89，各设备的IP 地址均在同一网段。

2.2 网络配置DCIsoft

使用台达提供的DCISOFT，配置远程I/O 读写存储器缓存单元与SE 主机存储器单元的映射，先在工具窗口设置以太网设备IP 地址， 然后点击搜索即可显示以太网络上的DVP12SE 主机与RTU-01 模块。进入两个设备窗口，用户可自行进行配置操作。 本系统映射配置结果如图3、图4 所示。

图3 SE 主机配置Figure 3 SE host configuration

图4 RTU_EN01 配置Figure 4 RTU_ EN01 configuration

映射关系：远程 RX（RX，RY，RCR 是 RTU-EN01模块的寄存器）8 点 DI， 与 SE 主机的 M2000 开始映射； 远程 RY16 点 DO， 与 SE 主机的 M3000 开始映射；读DVP04DA 的寄存器有2 个，分别为CR0（机种型号） 和 CR30， 与 SE 主机的 D2000 开始映射；写DVP04DA 的寄存器有 5 个，分别为 CR1，CR6，CR7，CR8，CR9，与 SE 主机的 D3000 开始映射。

映射配置完成，SE 主机资源与远程I/O 资源自动交换数据。 例如： 主机向 D3001 写入数字量K2000，这个数据自动反映到04DA 的通道1 寄存器，通道1 输出+5 V。 开关量输入输出使用方法与模拟量类似。

鉴于起重机模拟装置体量较小，安装在其上的变频器与远程I/O 从站距离很小，故本系统采用0~5 V电压信号给定变频器运行频率。 如果远程I/O 从站距离变频器较远，或现场电磁环境较差，应优先选择抗干扰能力强的0 （4）~20 mA 电流信号给定方式。 这时，需要将D/A 模块更换为电流输出型。

2.3 编程调试ISPsoft

调试计算机安装ISPsoft，对主站控制程序进行编辑、调试。 DCIsoft 可根据用户需要，自动分配远程I/O对应的主站本地资源。 主站程序对远程I/O 的使用与控制主站（DVP-SE）本地I/O 资源的使用方法一致，这也是大多数品牌控制主机所采取的策略。 用户需要在调试计算机的网络属性当中设置调试计算机IP 地址，并与以太网络上其他设备的IP 地址处于同一网段。

2.4 组态软件

昆仑通态MCGS 组态软件安装在监控主机上，其主要功能包括：一是通过监控窗口进行现场参数采集与显示，直观展示现场工况、报警信息等。二是通过操作窗口实现对起重机各机构的操作，作为操作主令手柄操作的补充。 昆仑通态（MCGS）不能直接通过以太网方式连接台达 PLC， 而是把台达 PLC 作为MODBUS TCP 子设备挂在通用TCP/IP 父设备上使用。 在TCP/IP 父设备窗口设置监控主机与DVP-SE主机IP 地址（如图5 所示），在子设备窗口链接组态软件内部变量与DVP-SE 主机资源 （Modbus 地址），从而使控制系统的相关参数直观反映在监控窗口，并通过监控窗口完成对起重机的操作。具体设置等内容可参考MCGS 用户手册。

图5 TCP/IP 父设备设置Figure 5 TCP/IP parent device Settings

3 主站与从站通信链路的其他方式

3.1 Modbus TCP 方式操作变频器

SE 主机具备功能完善的Modbus 通信指令，包括Modbus 读操作指令 MODRD，Modbus 写操作指令MODWR，Modbus 读写操作指令MODRW，同时，大多数变频器支持Modbus 通信协议，可直接使用其进行控制，使用非常方便，但下游连接线路较多。

3.2 无线方式远程I/O 运用

如果现场布线困难，可以选择无线以太网相关组件模块， 以无线方式链接控制主机与远程I/O 模块，使控制系统结构和布线更加灵活。

4 结语

以太网在工业控制领域中扮演着重要的角色，将其应用在工业控制领域是现代工业自动化发展的主要趋势[3]。 以某港口门座式起重机变频调速系统培训装置为例， 构建以太网远程I/O 控制应用软硬件组态，阐明相关方法与步骤，并简要介绍分布式变频调速其他调控方式。 使用台达SE 主机RS485 通信端口可以方便快捷地构建Modbus 通信网络，实现分布式变频器通信操控。该装置在营口港业务培训和营口市农业工程学校港口机械专业得到了实训运用，获得了较好评价。